传感器技术在智能停车场中的应用探究

周婷

摘要：传感器技术是智能停车场的感知单元。基于现有智能停车场的应用情况，对传感器技术的工作原理进行介绍;根据传感器技术在停车场中的应用场景来分析其工作过程、特点、优缺点等;最后对智能停车场中的传感器技术的发展趋势给出了建议，包括传感器性能提升、多传感器融合、停车导航、反向寻车等方面。

Abstract： Sensor technology is the sensing unit of smart parking. Based on the application of existing intelligent parking lot， the working principle of sensor technology is introduced. According to the sensor technology in the parking lot application scenario，its working process， characteristics， advantages and disadvantages are analyzed. Finally， the development trend of sensor technology in intelligent parking lot is proposed， including sensor performance improvement， multi-sensor fusion， parking navigation and reversing for car.

关键词：智能停车场;传感器技术;工作原理;应用分析;环形线圈;图像处理

Key words： intelligent parking lot;sensor technology;the working principle;application analysis;toroidal coil;picture processing

中图分类号：TU248.3                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0210-02

1  背景

随着物联网技术的发展，智能交通、智能出行成为大众越来越关注的问题。智能交通中非常重要的一个环节就是智慧停车。通过自主创新与技术研发，实现“停车收费、管理的电子化，停车信息更新的即时化、智能化，车位资源使用的最大化”将是未来一段时间停车问题研究的重点。这些研究都离不开传感器技术。基于此，本文对应用于智能停车场的传感器技术进行了梳理，并对这些传感器在停车场各环节的应用情况做了分析。

2  智能停车场中的传感器技术工作原理介绍

2.1 环形线圈传感技术

环形线圈传感技术应用了电磁感应原理。环形线圈通以交变电流后，其周围产生了电磁场。车体驶过环形线圈区域或停留在其上时会切割磁力线，检测器通过捕捉到线圈回路中电感的变化来判断车辆信息。环形线圈传感技术常用于闯红灯抓拍、测速等。

2.2 图像传感技术

图像传感技术将摄像机作为检测装置。车辆通过摄像机覆盖的工作区域引起图像信息的变化。计算机分析图像来获取这些变化，从而实现对车辆信息的检测。借助图像传感技术对车辆的检测是视频技、计算机、通信等多种技术的综合应用。

2.3 红外传感技术

红外传感技术是对红外线的应用，包括光学系统、检测元件和转换电路。用于交通领域的红外检测技术包括主动式和被动式。主动式红外检测包括红外信号发射装置和接收装置，通过信号的发送与接收来判断车辆的存在性。红外检测技术可实现对检测目标的无接触检测。

2.4 微波雷达传感技术

微波雷达传感技术应用了多普勒效应。雷达发射装置通过天线发射电磁波，电磁波遇到障碍物（车辆）被反射，再被天线接收[1]。通过对发射和接收到的电磁波的分析、计算来提取有用信息。微波雷达传感技术常用于机动车测速。

2.5 地磁传感技术

地磁传感技术是对地磁场的应用。铁磁车身置于地球磁场中，使磁场产生扰动。地磁传感器检测到这种扰动，从而实现对车辆信息的检测。

2.6 超声波传感技术

超声波传感器主要包括超声波探头和检测电路两部分。首先由超声波探头的发射端发送出超声波信号，传播至接收端以后，通过相关的换能装置转换出所需数据，并进行数据应用[2]。在用于车辆检测时，可由超声波传感器发射端发射出信号至待检测区域（一般是路面或车辆表面），通过路面或车辆表面反射的波形进行数据获取。

3  傳感器技术在智能停车场中的应用分析

按照车辆进出停车场的流程，智能停车场中传感器的功能体现在计费、防砸车、车位诱导等方面。

3.1 出入停车场信息验证与计费

车辆进出停车场时，停车场管理系统需要完成信息验证、费用计算、放行等操作。目前对于出入停车场的信息验证与计费，常见的有以下3种模式：

3.1.1 “环形线圈传感+图像传感”模式

此模式采用环形线圈和高清摄像机。环形线圈触发抓拍设备进行抓拍，因此也叫触发线圈;图像传感技术体现在摄像机抓拍环节，检测时摄像机的检测区域对准触发线圈。以入口为例：车辆到达触发线圈所在区域后，触发线圈检测到车辆并将信号传送至抓拍单元。接收到信号的抓拍相机开始抓拍工作，系统对拍到的图片进行存储、数字化、提取特征信息等操作后，获得车牌信息，完成信息验证，并控制道闸杆升起。这种模式的优势在于环形线圈技术成熟，成本低，准确率高;抓拍相机不需要持续工作，只需等待环形线圈将检测到车辆信息的信号传递过来即可。劣势在于施工时需切割路面，对路面有伤害。

3.1.2 “图像傳感”模式

在车辆进出停车场的信息验证环节，除前文所述环形线圈可作为抓拍设备的触发装置外，视频图像处理技术中的虚拟线圈也可扮演这一角色。虚拟线圈是指在图像画面中设定重点检测区域，此区域的功能类似于环形线圈。检测时，系统重点关注这一区域，若捕捉到此区域的变化超出阈值，即可认为有车辆到达[3]。此环节常将没有车辆通过时的路口画面作为背景图像，检测到有车辆通过时，将当前图像与背景图像对比，得到车辆区域，并检测到车牌信息。

采用此模式的优势在于不需切割路面、便于维护，对于车辆信息可自动识别，方便快捷。劣势在于“图像传感”模式需选准背景图像。

3.1.3 “雷达传感+图像传感”模式

此模式采用雷达和高清摄像机。其工作过程与“环形线圈传感+图像传感”模式类似。

3.2 出入口处防砸车

用于防砸车功能的传感器主要包括以下几种：

3.2.1 环形线圈传感技术用于防砸车

采用环形线圈传感技术时，此线圈也被称为“防砸线圈”，常设置于道闸杆下方。车辆到达道闸杆下方后，防砸线圈检测到车辆，道闸杆则保持抬起状态;车辆离开后，线圈检测到区域内无车，道闸杆落下，恢复正常。故出入口处防砸线圈的功能可总结为：防止车辆通行时被砸和车辆通过后及时落杆。采用环形线圈的优势是线圈结构简单、成本低，车辆检测准确性好;劣势为环形线圈的安装维护较麻烦，且仅能实现对车辆的检测，若道闸杆抬起状态下有人在此处出现，线圈无法识别，道闸杆会因此误伤到人。

3.2.2 红外传感技术用于防砸车

用于防砸车的红外传感技术使用了阻断式红外传感技术，即红外发射装置与接收装置分别安装于道闸两侧，发射装置向检测区域发出红外信号，若无车经过，则接收装置可接收到红外信号;若有车经过，红外信号被车体阻断，接收装置无法接收到信号。以此来判断道闸杆下方是否有车辆经过，从而决定道闸杆是否落下。采用红外传感技术来防砸车的优势在于设备反应迅速，且可实现对人、非机动车的检测，防止误伤。但使用时要注意红外对射探头的响应时间，若响应时间过短，检测过于灵敏，对于快速移动的物体如飞鸟等，易产生误判，干扰道闸杆的落下;若响应时间太长，会出现车辆或行人处于道闸杆下方却检测不到的情况，造成对车辆和人员的伤害。此外，环境震动可能会引起两侧光栅对焦不准，环境温度、湿度、雨雪天气等也会对其造成干扰。

3.2.3 雷达传感技术用于防砸车

雷达传感技术用于防砸车时是将雷达传感器安装于道闸杆的箱体上，其检测区域为道闸栏杆下方。

使用雷达传感器的优势在于安装维护方便，可识别人和非机动车，避免道闸杆伤人。相较红外传感而言，对环境的适应性较好。

3.3 停车场内车位检测

3.3.1 地磁车位探测器

地磁传感技术应用于车位检测时，在检测位置的地面安装地磁传感器，检测此处磁场强度的变化情况，并获取停车位上车辆的存在性。

使用地磁传感器检测车位，设备体积小，可以无线通信的方式实现车位信息的传输，可使用电池供电来保证传感器的工作动力，减少了停车场内的布线。但常需要考虑电池的蓄电问题，且一个地磁传感器仅可检测一个车位。

3.3.2 超声波车位探测器

超声波车位探测器位于停车位上方。车位探测器向地面发射脉冲式超声波，并接收来自地面或车顶的回波。通过分析反射回来的波形、时间差，测算从传感器到反射超声波表面的距离，判断车位是否有车辆占用。

使用超声波传感器检测车位，不需开挖路面，安装调试方便，稳定性好。但每个车位需单独安装检测器。

3.3.3 视频车位探测器

图像传感技术在车位检测中的应用主要体现在高位视频。这种检测技术将车位信息以图片形式采集、传输、处理和分析，从而获取车位数量、占用情况等。采用图像传感技术可在车位检测的同时满足监控安防需求[4]。

高位视频进行车位检测时，一台视频采集设备可同时覆盖多个车位。对比地磁检测、超声波检测的逐个车位安装，高位视频检测的安装、维护都相对方便。

4  建议与对策

伴随物联网技术的发展，如何借助传感器实现更智能、便捷、高效的停车体验成为非常受关注的问题。目前智能停车场常用的传感器技术都有其优势与局限[5]，要实现停车场的智能化、精准化管理与使用，仍有许多方面可进一步提升。

4.1 提升现有传感器的性能，攻克缺陷

要使车辆在进出停车场、车位检测等环节更顺畅、智能，需提升现有传感器的性能。如缩短传感器响应时间，更快速地获取检测信息，减少车辆等待时间，进一步确保数据的实时更新;加强传感器稳定性，减弱干扰因素带来的影响，减少误检、漏检;提升传感器的供能装置性能，延长传感器独立工作的时间，减少供能不足带来的损失。

4.2 加强传感器组合使用，促进多传感器融合

为促进停车场的高效、智能，多传感器融合也是未来的趋势。不同传感器工作时对环境要求不同，且各有优势。多传感器融合可对数据进行更全面的采集。

4.3 加强地下车库导航技术与智能寻车技术的研究

由于地下车库环境复杂，导航信号弱，停车时驾驶员很难快速找到空车位;停车结束后，由于空间大，车辆多，环境辨识度低，快速寻找车辆困难。因此，地下车库的导航技术与反向寻车技术是非常值得研究的。

5  结语

智能停车场是智慧出行体验的重要部分。传感器是智能停车场获取信息、接收指令的触角。应用于停车场的传感器各有优缺点、适用场景这些传感器在各环节的相互配合保证了智能停车场的正常运行。随着新技术的发展，传感器性能的进一步提升、多传感器融合技术的进一步应用、地下车库的导航、反向寻车技术将成为未来的研究趋势。

参考文献：

[1]陈敬轩.基于微波雷达的交通信息检测算法研究[D].北京：北京理工大学，2016：12-14.

[2]吴启强.超声波三维风速测量系统的设计与实现[D].南京：东南大学，2019：10-13.

[3]黄日明.停车场智能停车引导方法及系统研究[D].广州：华南理工大学，2020：23-25.

[4]王梨，王飞，等.基于视觉分析的室内停车场车位检测[J].软件导刊，2019，18（4）：13-15，20.

[5]高畅.传感器在交通信息采集中的应用现状研究[J].传感器世界，2020，26（5）：18-23.